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隨著人工智能（AI）領域的快速發(fā)展，對下一代高性能半導體的需求也在不斷增長。為了滿足這一需求，半導體材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新變得至關重要。
最近，研究人員首次利用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術(shù)成功開發(fā)出4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造技術(shù)。這項創(chuàng)新突破了傳統(tǒng)硅基半導體的局限，能夠生產(chǎn)低功耗、高性能的半導體，為AI半導體的發(fā)展提供了新機遇。
該研究團隊由韓國機械材料研究院（KIMM）半導體制造研究中心的Hyeong-U Kim研究員領導，與成均館大學機械工程系的Taesung Kim教授團隊合作，共同取得了歷史性進展。他們成功使用等離子體技術(shù)制造出了4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導體，成為全球首個實現(xiàn)這一突破的團隊。這項技術(shù)有望使TMDc等下一代半導體材料能夠廣泛應用于AI半導體領域。
據(jù)研究所稱，過渡金屬二硫化物（TMDc）材料被認為是下一代半導體的潛在候選材料。它們具有類似硅的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗操作和快速切換速度，尤其適用于神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，廣泛應用于機器學習、深度學習和認知計算等領域。
其中，二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）和硒化鉬（MoSe2）等二硫?qū)倩?，成為這一領域的研究重點。研究團隊成功開發(fā)了兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)：首先是通過將1nm的鎢沉積到石墨烯轉(zhuǎn)移晶片上，然后采用H2S等離子體硫化工藝制成的WS2和石墨烯的異質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，研究人員將斜方晶系1T相二硫化鉬（MoS2）與六方晶系2H相MoS2結(jié)合，成功實現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造。
具體而言，研究團隊利用PECVD設備，開發(fā)了兩種創(chuàng)新的4英寸晶圓級異質(zhì)結(jié)構(gòu)。第一種是結(jié)合了WS2和石墨烯的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，第二種則是在二硫化鉬（MoS2）薄膜中集成了兩種不同相的材料。這一進展代表著金屬半導體異質(zhì)結(jié)構(gòu)領域的重要突破。與穩(wěn)定的六方2H相相比，1T相二硫化鉬呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的制造方法（如堆疊）存在尺寸限制和可重復性問題。
然而，研究團隊成功地生產(chǎn)出了1T相的4英寸晶圓，為實現(xiàn)1T-2H異質(zhì)結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展奠定了基礎。PECVD技術(shù)的成功應用解決了傳統(tǒng)方法中晶圓尺寸和可重復性的問題，并為未來的3D集成結(jié)構(gòu)發(fā)展提供了可能。這一進展不僅降低了功率損耗和散熱問題，還顯著提高了性能和能源效率，成為低功耗、高性能AI半導體的關鍵要素。
KIMM研究員Hyeong-U Kim表示：“這項新技術(shù)不僅滿足了晶圓尺寸和可重復性的要求，還能夠進行以前僅限于學術(shù)研究的實驗驗證。使用半導體行業(yè)廣泛使用的PECVD工具，意味著這項技術(shù)具有巨大的批量生產(chǎn)潛力，可能為AI半導體的商業(yè)化和性能提升帶來重要推動?！?
此外，KIMM已通過在美國和韓國的注冊，獲得了這兩種4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶圓制造的專有技術(shù)，為未來的量產(chǎn)和技術(shù)擴展鋪平了道路。
